Construcción de Pavimentos Rígidos con Tecnología de Alto ......Construcción de Pavimentos...

Construcción de Pavimentos Rígidos con

Tecnología de Alto Rendimiento

DNV 5° Distrito – Salta, República Argentina 12 y 13 de Agosto de 2015

MATERIALES Y PROPIEDADES DEL HORMIGÓN

2 | ICPA | Jornadas de Actualización Técnica DNV 5° Distrito, Agosto 2015

1. Materiales componentes del hormigón

2. Hormigón fresco y endurecido

3. Durabilidad del hormigón

4. Lineamientos para el diseño de mezclas de hormigón con

aplicación a pavimentos

Temario

MATERIALES COMPONENTES

DEL HORMIGÓN

Hormigón Enfoque

• Material compuesto, no homogéneo, con

distintas fases. Estructuralmente, se comporta

como isótropo y homogéneo

• Sus propiedades dependen de las

proporciones relativas de los componentes, sus

propiedades particulares, la interacción entre

ellos, y los procesos de producción involucrados.

• Los materiales componentes deben ser aptos en sí mismos, y

compatibles en su uso combinado en el hormigón

Materiales componentes del hormigón

Cemento

Agregado fino

Agregado grueso

-Aditivos

-Fibras

Cementos Fabricación

Clínker Portland. Es el producto obtenido por la

reacción a altas temperaturas (1400 -1500 ºC) de óxido

de calcio (CaO), con dióxido de silicio (SiO2), óxido de

aluminio (Al2O3) y óxido de hierro (Fe2O3), provenientes

principalmente de calizas y arcillas

Hidratación Evolución de propiedades en el tiempo

Liberación de calor

pH básico (alcalino) en la solución de poros

CEMENTO + AGUA PASTA HIDRATADA

Video Cementos

Cemento ¿Qué contiene?

necesa

-Alita (Silicato tricálcico): SC3

-Belita (Silicato dicálcico): SC2

-Aluminato tricálcico: AC3

-Ferroaluminato tetracálcico: AFC4

Clínker

Sulfato de

calcio

(Yeso)

Adiciones

minerales

Componentes

minoritarios

s Regulador del proceso de

fraguado de la pasta cementicia

-Filler calcáreo

-Puzolanas naturales y ceniza

volante

-Otras puzolanas

-Escoria granulada de alto horno

Ganancia de resistencia;

fraguado

Incide en la ganancia de

resistencia a mayor edad

Fraguado

-Pueden ser inertes, o poseer propiedades hidráulicas o

puzolánicas

-Materiales de origen natural, artificial o derivados de la

fabricación de clinker

-Convenientemente dosificados, pueden mejorar las

propiedades físicas de los cementos

4 componentes

• Su composición y características influyen sobre diversas propiedades de los morteros y

hormigones

Adiciones minerales

Razones y objetivos de su utilización

• Mejoran las propiedades y desempeño de los

cementos

• Mejoran la relación costo-beneficio

• Implicancias ambientales / Sostenibilidad

• Uso de subproductos de otras industrias / reducción

del material a disponer

Ventajas y efectos, según tipo de material y

proporciones

Argentina: adición en fábricas de cemento (mayoría)

Proporciones de reemplazo parcial según la IRAM 50000 o 50002

(si corresponde a cementos de uso vial con TAR)

Adiciones minerales Clasificación y ejemplos

CON ACTIVIDAD HIDRÁULICA

Con Actividad Puzolánica

Naturales: cenizas volcánicas, arcillas, tobas, diatomeas, metacaolinita

Artificiales: cenizas volantes silíceas, humo de sílice, microsílice, ceniza

de cáscara de arroz

Con Actividad Hidráulica propia

Artificiales: escoria granulada de alto horno,

cenizas cálcicas

SIN ACTIVIDAD HIDRÁULICA

Fíller Calcáreo

Cementos Tipos

Cementos de uso general

IRAM 50000

Cementos con

propiedades especiales

IRAM 50001

1. Cemento Portland Normal (CPN)

2. Cemento Portland con Filler calcáreo

3. Cemento Portland con Escoria (CPE)

4. Cemento Pórtland Compuesto (CPC)

5. Cemento Pórtland Puzolánico (CPP)

6. Cemento de Alto Horno (CAH)

a. Alta Resistencia Inicial (ARI)

b. Altamente Resistente a los Sulfatos (ARS)

c. Moderadamente Resistente a los Sulfatos

d. Bajo Calor de Hidratación (BCH)

e. Resistente a la Reacción Álcali-Agregado

(RRAA)

f. Blanco (B)

Utilizados, con mayor frecuencia, en pavimentos de hormigón

6 tipos 6 propiedades

Adiciones puzolánicas

Puzolanas naturales

• Origen natural

• Alto contenido de Sílice amorfa o vítrea, o sílico-aluminosos

provenientes de la actividad volcánica

• Presentan actividad puzolánica, cuando posee una finura

adecuada

• Prestaciones

Ceniza Volante (Fly Ash)

• Origen artificial, por recolección en filtros de polvo en plantas

de generación de energía eléctrica a carbón (≠ cenizas de

fondo)

• Composición es función de las impurezas del carbón con,

principalmente, SiO2, Al2O3, CaO

• Partículas vítreas, de forma esférica

• Presentan actividad puzolánica

• Prestaciones

Adiciones minerales Características

Aspectos generales

• Reacción lenta

• Bajo calor de hidratación

• Baja resistencia a edad temprana (Excepto Humo de sílice)

• Alta resistencia a edad prolongada

• Menor porosidad, mayor durabilidad

• Porcentajes óptimos de reemplazo: 20 – 35 % (Humo de

sílice: 5-10 %)

Adiciones minerales Reacción puzolánica

SC3 + H2O C-S-H + 3 CH

SC2 + H2O C-S-H + CH

Puzolana + CH + H2O C-S-H

-Resistencia

-Durabilidad -Alcalinidad

CPP: Uso poco frecuente en

trabajos de pavimentación

Escoria granulada de alto horno

• Origen artificial, por rápido enfriamiento de la roca fundida separada del hierro

durante la fabricación del acero en un alto horno

• Todas las impurezas del hierro y en el coque forman parte de la escoria de alto

horno que debe ser granulada

• Solidificación en forma vítrea

Escoria + catalizador + H2O C-S-H

• Reacción lenta

• Bajo calor de hidratación

• Baja resistencia a edad temprana

• Alta resistencia a edad prolongada

• Menor porosidad, mayor durabilidad

• Porcentajes óptimos de reemplazo (hasta 80 %)

Catalizadores:

yeso, CH, álcalis, calor

CPE: Uso poco frecuente en pavimentación, por menor ganancia de resistencia a edad

temprana

Humo de sílice

• Origen artificial, por condensación de partículas presentes

en los humos de hornos de arco eléctrico, empleados en la

industria silícea / ferrosilícea para la reducción del cuarzo con

carbón

• Composición: principalmente, SiO2 en estado vítreo

• Partículas ultrafinas, 100 veces más chicas que las del

cemento

Fíller calcáreo

• Origen natural, por molienda de roca caliza

• No desarrollan propiedades hidráulicas

• Efectos: dispersión + nucleación

Uso frecuente como adición en

cementos utilizados para

trabajos de pavimentación

No se utilizan en

trabajos de

pavimentación

Trabajabilidad)

Cementos Marco normativo

IRAM 50000 Cemento para uso general

IRAM 50001 Cemento con propiedades

especiales

IRAM 50002 Cemento para hormigón de

uso vial, aplicable con tecnología de alto

rendimiento (TAR)

• Composición

• Requisitos

• Evaluación de la conformidad

(Certificación obligatoria)

• Requisitos especiales

• Composición

• Requisitos

Limita el contenido de adiciones a un máximo del 20%

CPN CPF

CPE CPC

CPP CAH

ARI ARS

MRS BCH

RRAA B

Cementos Denominación

Categoría

del cemento

Resistencia a la compresión

A 2 d A 7 d A 28 d

30 --- ≥ 16 MPa ≥ 30 MPa y ≤ 50 MPa

40 ≥ 10 MPa --- ≥ 40 MPa y ≤ 60 MPa

50 ≥ 20 MPa --- ≥ 50 MPa

IRAM 50002 IRAM 50001 IRAM 50000

Ejemplo: CPN 50 (ARI, MRS)

Tipo Categoría Propiedades

especiales

¿Uso vial con

Por su naturaleza, son los componentes que más variación presentan

Ocupan el ~ 60 al 80 % del volumen del hormigón

Participación en el costo de la mezcla

Estabilidad química y dimensional

Tienen fuerte impacto en:

• Demanda de agua

• Trabajabilidad

• Módulo de elasticidad

• Estabilidad dimensional

• Durabilidad

• CET

• Contracción por secado

Agregados Aspectos generales

Agregados Características

ORIGEN

Naturales

Se obtienen de canteras o depósitos a cielo abierto

Superficie lisa y bordes redondeados

Manufacturados o triturados

Se obtienen de canteras, con explotación a cielo abierto

Bordes angulosos,

textura áspera

Reciclados

Se obtienen por trituración de sustratos de hormigón

demolidos

Agregados reciclados por trituración

de hormigón

• Alternativa de uso creciente

• Expone cualidades distintivas del hormigón en

relación a su perfil sustentable, y permite

reducir los costos de producción.

(Reducción de volúmenes de materiales por

disponer y menor demanda a la explotación

de recursos naturales)

• Requiere de controles complementarios para asegurar la calidad del producto

• Menor densidad y mayor absorción de agua (Variable, según mortero adherido:

calidad, cantidad, etc) Requiere control y tratamiento como una fracción adicional

• El material fino aumenta la demanda de agua en la mezcla

• Según antecedentes, reemplazos parciales del agregado grueso natural por 20 al 30

% de la fracción gruesa de agregados reciclados no afectan los resultados obtenidos.

Para hormigones pobres, reemplazo >>

Agregados Forma y textura

Texturas: lisas y suaves, a rugosas y ásperas

Rugosidad superficial

Adherencia agregado-pasta

Forma: cúbicas, lajosas, elongadas

Fricción / Trabazón

Resistencia a la abrasión

Presencia de polvo

Adherencia agregado / pasta

Consumo de agua

Granulometría

Vacíos - consumo de pasta

Economía

Estabilidad volumétrica

Agregados Influencia de sus características del agregado en el h°

Expansión térmica

Alabeos

Fisuración

Rotura de esquinas

Levantamiento de losas

Influencia del contenido de componentes

silíceos en el agregado - Limitaciones

Resistencia al desgaste

Fragmentación Deformabilidad

Desgaste superficial Extensibilidad

Roturas de bordes de juntas

Módulo de Elasticidad

Agregados Presencia de impurezas

Componente Posible efecto adverso

i ii iii iv v

Partículas arcillosas adheridas +

Terrones de arcillas y partículas friables + + ++

Partículas absorbentes y microporosas + + ++

Partículas carbonosas y ligeras ++

Partículas friables ++ + + ++

Materia orgánica ++ +

Mica ++ +

Cloruros +

Sulfatos ++ +

Piritas (sulfuro de hierro) ++ ++

Sales solubles ++

Componentes potencialmente reactivos + ++

Álcalis ++

Material fino que pasa tamiz 75 μm ++ ++

i Interferencia con el fraguado de la

pasta cementicia

ii Interferencia en el adherencia

entre agregado y pasta cementicia

iii Afectación sobre las propiedades

en estado fresco de la mezcla, y/o

la resistencia y la durabilidad

iv Interacción entre la pasta

cementicia y los agregados, con

posibles expansiones, fisuración en

el estado endurecido del hormigón

v Partículas de baja durabilidad, y

que introducen puntos débiles en el

sistema

++ Efecto principal

+ Efecto menor

Productos industriales

(Norma IRAM 1663)

Se agregan en pequeñas cantidades

Modifican (mejoran) ciertas propiedades en estado

fresco y/o endurecido

Aditivos químicos Tipos y características

Incorporador de aire • Reductor de agua • Acelerante de fraguado y/o endurecimiento

• Retardador de fraguado y/o endurecimiento • Inhibidores de corrosión • Reductores de

retracción • Inhibidores de la reacción RAS • Colorantes

PCA Deben suministrarse con sistemas de precisión

suficiente

En ciertas circunstancias, pueden compensar

deficiencias

Aditivos químicos Generalidades

Evaluación de compatibilidad del par aditivo-

cemento e interacción de distintos aditivos

Mantener dosis dentro de límites sugeridos

Verificar compatibilidad química y prestacional

Efectuar pruebas anteriores en pasta, mortero y/o h°

• Si se usa más de 1, no mezclarlos antes del ingreso a la mezcladora

• Identificar los aditivos unívocamente, por tipo y lote / partida

• Verificar la oportunidad de adición según lo especificado por el fabricante y la prueba en

laboratorio y producción.

• Corroborar efecto y dosis con pastones de prueba, y en etapa de producción

Adsorción superficial sobre los granos

de cemento y agregados, ejerciendo un

efecto dispersante de los flóculos

Permite aumentar la movilidad de la

mezcla, al quedar más agua libre

Aditivos químicos Reductores de agua

• Mejora movilidad en HF, para = a/c, CUC y

• Reducción del CUC, para = a/c, con <

CUA e = consistencia

• Menor a/c, con menor CUA e igual

consistencia

Bajo rango • Medio rango • Alto rango

Jeknavorian

• Mejora la trabajabilidad / movilidad en HF

• < tendencia a la segregación / < fricc. Interparticular

• Mejora la durabilidad frente a ciclos de C-D y acción de

sales descongelantes

• > Cohesión y < Exudación

• Puede provocar disminución de resistencia mecánica

Reducción de la tensión

superficial del agua y adsorsión

en la interfase líquido-gas

Distribución uniforme

Tamaño: 50 m < < 1mm

Espaciamiento: F.E. < 0,2 mm

NO coalescencia

Extremo Hidrófilo Extremo Hidrófobo

Aditivos químicos Incorporadores de aire

Taylor

• Modifican el proceso normal de fraguado y/o endurecimiento

• Se utilizan especialmente en condiciones de clima rigurosos, o por razones

productivas

• NO deben emplearse aditivos acelerantes a base de cloruro de calcio cuando el

pavimento presente elementos ferrosos embebidos

• Es necesario ajustar la dosis de cada aditivo según diseño de la mezcla,

condiciones de producción, clima / entorno ambiental y prestaciones deseadas

• Pueden propiciar efectos secundarios

Aditivos químicos Acelerantes y retardadores

Compuesta por:

– Agua agregada a la mezcla

– Humedad superficial de los agregados

– Agua proveniente de los aditivos

Cumple doble función: Hidratación

Trabajabilidad/Compactación

Agua de amasado Consideraciones generales

Cantidad de agua total

contenida en el hormigón

fresco utilizada para el cálculo

de la relación a/c

• Aptitud: según norma IRAM 1601

• Tipos de aguas

1. Agua de red potable

2. Agua proveniente de la

recuperación de procesos de la

industria del hormigón

3. Agua procedente de fuentes

subterráneas

4. Agua de lluvia

5. Agua superficial natural

6. Aguas residuales industriales

• Requisitos 1. Químicos

2. Físico-mecánicos

TF (dif ≤ ± 25%)

Resistencia a la compresión 7 d (dif > -10%)

Agua de amasado Controles y tipos

Agua para amasado y curado Presencia de impurezas

Componente Posible efecto adverso

i ii iii iv v

Residuo sólido + + +

Sulfatos + ++

Cloruros + ++

pH (< 4,0 si es amasado; < 6,0 si es curado) ++

Hierro ++

Álcalis ++ ++

Materia orgánica ++ ++ + +

Grasas y aceites ++ +

Carbonato de sodio ++

Ácidos húmicos + +

Azúcares ++ +

i Afecta con el fraguado de la pasta

cementicia

ii Afectación sobre la resistencia y

la durabilidad

iii Pueden conducir a posibles

cambios de volumen y fisuración

en el estado endurecido de la pasta

iv Manchado en el hormigón

endurecido

v Incorporación de aire en la pasta

cementicia

++ Efecto principal + Efecto menor

• Mejorar las propiedades resistentes mecánicas

• Aumentar la posibilidad de deformación

• Controlar de fisuración

• Aumentar la tenacidad del hormigón

• Mejorar la durabilidad del hormigón

Fibras para hormigones Consideraciones generales

Pueden contribuir a:

Disponibles en una gran variedad de largos, formas,

espesores, y materiales

En pavimentos de hormigón, no suelen utilizarse

intensivamente. Un ejemplo son los recubrimientos

adheridos ultradelgados de hormigón.

Se utilizan para mejorar las prestaciones

del hormigón en estado endurecido:

• Mayor resistencia a la tracción por

flexión,

• Menor tendencia a la fisuración

• Mayor resistencia a la fatiga

Material: resistencia : 280 MPa – 2800 MPa;

deformación: 0.5 % - 3.5 %

Dosis: 20 kg/m3 – 100 kg/m3. Típicamente,

en el orden de 30 kg/m3

Interesa conocer particularmente la

esbeltez de las fibras. Cuanto mayor es,

mejor es el comportamiento mecánico

Fibras para hormigones Características

Fibras de Polipropileno

(Estructurales y no estructurales)

Microfibras no estructurales: contribuyen

a minimizar la fisuración por contracción

plástica

Macrofibras estructurales: aportan cierta

mayor capacidad residual resistente

Dosis: de 2 a 9 kg/m3. Típicamente, en el

orden de 4 kg/m3.

Genéricamente, el largo de las fibras debe ser

superior a ‘1.5 TMA’ para contribuir

mecánicamente

Fibras de Acero

Estado fresco y endurecido

HORMIGÓN

Hormigón Enfoque

Uniformidad

Trabajabilidad

Segregación

Fraguado

Cohesión

Exudación

FRESCO

Resistencia y rigidez

Estabilidad dimensional

Durabilidad

Economía

ENDURECIDO

• Se presentan 2 estados distintos, con propiedades y particularidades

específicas, más un período de “transición”

FRAGUADO

Es la facilidad con que el hormigón puede ser mezclado, transportado,

colocado y compactado con los medios disponibles en obra.

No depende exclusivamente del hormigón sino también del equipamiento

disponible, del tipo de elemento a hormigonar y de los métodos de colocación y

compactación a utilizar.

Está influenciada además, por el clima, distancias de transporte, tiempo y forma de

descarga, etc.

La característica del hormigón que puede medirse es la consistencia.

Compactabilidad • Movilidad • Estabilidad

Hormigón fresco Trabajabilidad

• Es la aptitud del hormigón

de mantenerse como una

masa plástica sin ningún

tipo de segregación.

• Homogeneidad

• Depende de:

– contenido de material fino

(pasa 300 μm);

– la cantidad de agua;

– el asentamiento;

– aire intencionalmente

incorporado.

Hormigón fresco Cohesión

• No hay un método cuantitativo para medir la

segregación

Si la velocidad de Evaporación

> a la de Exudación

La superficie se contrae y la

restricción de la parte interior

del hormigón produce

las fisuras plásticas

Tendencia a la segregación

(diferentes densidades)

Agua asciende

a la superficie

Exudación

• Aumento de la temperatura

• Aumento de la velocidad del viento

• Disminución de la humedad relativa

Aumento de la velocidad de

evaporación

Hormigón fresco Exudación - Contracción plástica

Segregación del agua, por diferencias de pesos específicos y por la incapacidad de

las partículas finas de retener el agua

1. Planos de debilidad

2. Adherencia

3. Porosidad, resistencia al

desgaste

Fisuras por

contracción

plástica

Se debe diseñar la mezcla para tener una velocidad

de exudación mayor a la de evaporación

HR Th°

Hormigón fresco Riesgo de fisuración por contracción plástica

Hormigón fresco Exudación: ¿cómo podemos ajustarla?

La velocidad y capacidad de exudación se puede medir

mediante la Norma IRAM 1604

¿Qué factores influyen?

Finura del cemento

Uso de adiciones minerales

Relación agregado fino : grueso

(Especialmente, fracción pasa tamiz 300 μm)

Contenido de agua de amasado

Uso de aditivos químicos

Tiempo de fraguado de la mezcla de hormigón

dació

Ozildirim

Hormigón

Exudación ok

Exudación

insuficiente

Exudación excesiva

Hidratación, Fraguado, Endurecimiento

Adaptado de FHWA HIF-07-004

ETAPA 1 ETAPA 2 ETAPA 3 ETAPA 4 ETAPA 5

Instancia y

duración

MEZCLADO DEL

HORMIGÓN Alrededor de 15 min

INDUCCIÓN

(dormancy) De 2 a 4 h

ENDURECIMIENTO

De 2 a 4 h

ENFRIAMIENTO DENSIFICACIÓN

Continúa por años

¿Qué pasa en el

hormigón?

• Generación de calor.

Luego, rápido

enfriamiento

• Estado plástico de la

mezcla

• Trabajable

• Sin liberación significativa

de calor

• Liberación de calor

• Inicio de

endurecimiento

• Ganancia de resistencia

• Desarrollo de tensiones

• Tensiones

pueden superar

la capacidad

resistente (si no

son liberadas)

• Ganancia de mayor

resistencia

• Reducción de la

permeabilidad

¿Qué debe hacer

el constructor?

• Asegurar correcta

homogenización de

la mezcla

• Transporte

• Colocación

• Compactación y

terminación del

hormigón

(Antes del TIF)

• Curar el hormigón tan

pronto como sea

posible

• Aplicar compuestos

líquidos formadores de

membranas de curado

• Aserrar juntas

para liberar

tensiones en el

hormigón

• Proteger al

hormigón si se prevé

descenso térmico

significativo

• Prolongar el curado

lo más posible

Inicio de

fragüe

Fin de

fragüe

Desarrollo de resistencia y tensiones

Aceleración de la

hidratación Desaceleración de la

hidratación

Aser. convenc

VENTANA AS. TEMPR

VENTANA AS. CONVENC.

Tiempo

FRAGUADO. Influencia de:

temp del hormigón, temp de

exposición, tipo y cont de cemento,

a/c, tipo y dosis de aditivos

empleados, …

Aserrado termprano

Hormigón endurecido Resistencia y rigidez

Materiales

• Cemento

• Agua de amasado

• Agregados finos y gruesos

• Aditivos

• Fibras

Dosificación

• Relación a/c Porosidad de la pasta

• Calidad de la interfase

• Relación ag fino / ag. Total

• Proporciones relativas

• Elaboración

• Temperatura

• Curado

• Edad de evaluación

Hidratación y desarrollo de resistencia Relación agua / cemento

Relación a/c (en peso)

Otros factores que intervienen en las propiedades resistentes y su evolución:

• Resistencia intrínseca del cemento

• Cantidad de aire incorporado

• Velocidad de reacción (hidratación)

• Fase agregado: resistencia, TM

• Interfase: textura del AG, TM, a/c,

composición del cto, polvo en AG

• Curado

Curado del hormigón Su importancia y efectos

• Un curado adecuado permite evitar el secado

prematuro del hormigón y favorece el desarrollo de las

reacciones de hidratación del material cementicio

• Hay distintos procedimientos de curado

eficiente evitar el secado – agregar agua

Seleccionar teniendo en cuenta su compatibilidad con

los procesos constructivos

• Debe prolongarse hasta tanto se asegure una

adecuada resistencia

• Mientras más temprano, mejor. Contribuye

benéficamente a:

- Prevenir la fisuración plástica

- Alcanzar un adecuado desarrollo de

resistencia superficial al desgaste, y

contribuye con el desarrollo de

resistencias mecánicas

- Previene los efectos de alabeo de losas

por gradientes térmicos y de humedad

Todos los hormigones deben curarse

Necesidad de curado Vinculación con las condiciones de obra

ACI 308R-01

Agua de

exudación

desaparece y la

terminación

comienza con el

terminación

concluye

cuando el h°

llega al FF

Agua de exudación se

evapora y la superficie

comienza a secarse

La terminación finaliza

antes del FF

Ventana de

Trabajabilidad

Curado

Termina-

Transporte,

colocación,

compactación

Tiempo

Curado inicial

requerido

(Retardadores de

evaporación)

Tiempo Tiempo

Curado

requerido

Peligro de fisuración por

contracción plástica

Comienza la

terminación del h°

Emulsiones acuosas Parafina | Acrílicas | Resinas | Ceras

Disoluciones en solventes especiales o compuestos

clorados Resinas

• No deben reaccionar desfavorablemente con el hormigón

• Pueden aplicarse por pulverizado manual o mecanizado

• Temprana aplicación. Cuanto antes, mejor!

• Capacidad de retención de agua (IRAM 1673): parámetro más

importante para evaluar el desempeño

• Pigmentado con color blanco

• Validar su efectividad en campo, además del laboratorio.

Compatibilidad con temperaturas de trabajo in situ

• Aplicación homogénea y en dosis adecuadas (de 200 a 300 g/m2)

• Prehomogeneizar la carga antes de la aplicación (especialmente,

los de base acuosa)

• Acotar y controlar el tiempo de acopio

• VOC

Compuestos líquidos formadores de

membranas de curado

Capacidad para formar una película “impermeable” al

vapor de agua

Madurez Influencia tiempo-temperatura

𝑀 = 𝑇 + 10 . 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

tiempo

• La resistencia mecánica es un parámetro

importante ya que, junto con el espesor, define

la capacidad portante del pavimento.

• Depende de distintos factores, tales como: la

relación a/c, del conjunto de materiales, de la

compactación, del curado, y está influenciada por

la calidad de los ensayos.

• Módulo de elasticidad del hormigón:

Resistencia mecánica Compresión, flexión, desgaste

Alta rigidez Menor deformabilidad

Riesgo de fisuración Baja rigidez

Resistencias a la compresión y flexión Factores que las afectan

INSTANCIA

TEMPORAL FACTOR

¿CÓMO AFECTA AL

PAVIMENTO?

¿CÓMO AFECTA AL

RESULTADO DE

ENSAYO?

Construcción Variación en a/c Si ↑ a/c, ↓ resistencia Si ↑ a/c, ↓ resistencia

Compactación defectuosa ↓ Resistencia ↓ Resistencia efectiva

Excesiva vibración en la compactación Segregación del hormigón puede

implicar menor resistencia

↓ Resistencia efectiva

Curado defectuoso ↓ Resistencia ↓ Resistencia efectiva

Menor contenido de aire ↑ Resistencia Mayor resistencia efectiva

Mayor contenido de aire ↓ Resistencia ↓ Resistencia efectiva

Muestreo Muestra no representativa, segregada ↓ Resistencia ↓ Resistencia potencial

Moldeo de

probetas

Compactación deficiente ↓ Resistencia y alta

permeabilidad

↓ Resistencia potencial

Manipulación excesiva

de las muestras

↓ Resistencia y alta

permeabilidad

Curado de

probetas

Exposición a baja temperatura o secado ↑ Resistencia que la obtenida en

probetas

Ensayo de

rotura de

probetas

Alta tasa de incremento de carga durante

el ensayo

↓ Resistencia del hormigón que

la obtenida en probetas

Mayor resistencia

potencial

Defectos en la preparación de bases de las

probetas

↑ Resistencia que la obtenida en

probetas

FHWA-CP Tech

Center

Cambios de volumen Contracción intrínseca en la pasta de cemento

Contracción

química

(reducción

volumen

absoluto)

Contracción

autógena

(reducción

volumen

aparente)

Contracción

autógena (antes del

fraguado)

Contracción

autógena (desp del

fraguado)

Contracción

Química

MOMENTO

COLADO

AL INICIO DE

FRAGÜE

AL FIN DE

FRAGÜE

DESPUÉS DEL

FIN DE

FRAGÜE

TH - FIUBA

Vacíos

acumulados

el gen

Cemento no

hidratado

• No se puede evitar, pero sí

controlar

• En algunos casos, su incidencia

relativa es << que otras

fuentes de variación

dimensional

¿Cómo minimizarla?

• a/c: no menor a 040

• Minimizar CUC

• Menos Vol de pasta y más Vol

• Buen Curado

• Usar cementos con menor

velocidad de reacción (menor

finura, menor SC3, AC3 y mayor

• Minimizar el uso de aditivos

reductores de agua

El hormigón desciende en las zonas entre

barras y puede fisurarse en coincidencia

con ellas

Un revibrado a tiempo puede eliminar el

problema

Poco usual en trabajos de

pavimentación, en especial si se trata de

pavimentación con TAR (hormigones de

bajo As)

Cambios de volumen Asentamiento plástico

Cambios de volumen Contracción por secado

Pérdida del agua en el HE, especialmente

de poros de gel

Es particularmente relevante en

pavimentos, por su geometría

Contenido de agua, cemento y a/c

Finura y composición del cemento

Tipo, contenido y granulom del agr.

Rigidez de los agregados

Tiempo

Efecto del tipo de curado

Efecto de la incorporación de adiciones

Ts > Ti Ti > Ts

SITUACION DIURNA

(con asoleamiento)

SITUACION NOCTURNA

(o sin asoleamiento)

H° superficial (Ts)

H° interior (Ti)

H° superficial (Ts)

H° interior (Ti)

• Marcas de origen térmico, por gradientes:

Día: Asoleamiento + calor de hidratación

Noche: Brusco enfriamiento del hormigón en

la noche

• Hormigón superficial tiene mayor madurez,

mayor módulo de elasticidad y menor

extensibilidad

Cambios de volumen Contracción térmica

Cambio volumétrico

CETh°

Reglamento CIRSOC 201

Temperatura media diaria < a 5 °C, 3 días consecutivos

Temperatura ambiental ≤ 10º C, durante medio día en 24 h

• Daño por congelamiento • Defectos y deterioro superficial

• Menor resistencia inicial

• Mayor resistencia final

• Prolongación de curado

• Debilita adherencia pasta-agrg

• Mayor tendencia a la fisuración plástica

• Aumento en tiempos de desmolde y aserrado

Retardo de

fraguado

Retardo en la

hidrata-ción del cemento

Forma-ción de cristales

Agua de exuda-

ción superfi-

Hormigón fresco ¿Qué efectos produce la exposición a clima frío?

Trabajo en clima frío Recomendaciones

Comenzar la jornada de trabajo con

temperatura > 2ºC en ascenso.

Controlar la temperatura del hormigón fresco

antes de su colado. No colocarlo si tiene una

temperatura inferior a 16ºC

Detener el trabajo en la jornada cuando la

temperatura ambiente sea de 5ºC en

descenso.

La aplicación de compuestos formadores de

membranas de curado (resina) contribuyen a

conservar temperatura del HF

Proteger al hormigón utilizando films plásticos,

mantas o protectores aislantes.

Aprovechamiento del calor de hidratación.

• Se define como tiempo caluroso, a cualquier combinación de elevada temperatura

ambiente, baja H.R. y vientos, que tiendan a perjudicar la calidad del Hº fresco

Hormigonado en tiempo caluroso Generalidades

Aceleración del fraguado

Evaporación rápida

Aceleración de las reacciones de

hidratación

Mayor Gradiente Térmico durante

las primeras horas

• Menor tiempo disponible para las

ventanas de trabajabilidad y aserrado

• Riesgo de juntas frías

• Mayor tendencia a la fisuración plástica

• Más demanda de agua

• Mayor resistencia inicial

• Menor resistencia final

• Mayor Riesgo de Fisuración Térmica

• Los hormigones con alta temperatura tienen menos As (y lo pierden más rápido), menos

resistencia a edad prolongada y mayor tendencia a la fisuración Control de la temperatura

del hormigón fresco

Hormigonado en tiempo caluroso Recomendaciones

• Trabajar con la menor demanda de agua posible

• Diseñar la mezcla con el menor contenido de agregado fino posible

para las condiciones de trabajabilidad y terminación establecidas

• Regar acopios de agregados para: reducir su temperatura, mantener

los áridos gruesos saturados

• Regar la cancha previa colocación del hormigón

• Controlar la temperatura del hormigón en estado fresco

• Uso de hielo en caso de necesidad

Durabilidad

HORMIGÓN

Durabilidad ¿Por qué fallan los hormigones?

CAUSAS

Cambios volumé-

tricos

Sobrecarga/ Fatiga

Medio de exposición

Materias primas

Carbonatación

Ataque de aguas puras

Corrosión química

Corrosión del acero

Cristalización de sales descongelantes

Contracción por

secado

Contracción

plástica

Asentamiento

plástico

Cambios en la

pasta cementicia

Ataque por sulfatos

(interno y externo)

Congelamiento temprano

Gradientes térmicos

Gradientes de humedad

Congelamiento y deshielo

TRANSPORTE DE FLUIDOS

3 MECANISMOS BÁSICOS

Permeabilidad

Diferencia o gradiente de presión

(líq y gases)

- Calidad de la pasta

-Interconexión de poros

Absorción

Succión capilar

Diferencia de presiones que induce el fluido al

moverse

Difusión

Diferencia de concentración (iones,

gases, soluciones líq)

Mecanismo lento

Durabilidad Ingreso de sustancias agresivas

Durabilidad Mecanismos de deterioro en el hormigón de

pavimentos

sealgreen.com

Aceites /

Grasas Manchado

Descascaramien-

to superficial Sales Ingreso de agua

Sobrecar-

Productos de corrosión

Deterioro por

congelamiento y deshielo

Penetración de agua y sales

Congelamiento y deshielo

- RAA (RAS, RAC)

- Cambios de volumen por Δhumedad,

contracción autógena, etc

¿Qué sucede?

Reacción entre componentes alcalinos y minerales

potencialmente reactivos en agregados siliceos

• Agregados reactivos + álcalis + humedad

• Compuestos silíceos amorfos

• Porosidad del agregado

• Álcalis en cantidad suficiente

• Permeabilidad de la pasta y la interfase

• Humedad (> 60%)

• Temperatura y tiempo

Producto de reacción: gel interior o en la periferia del

agregado, absorbe agua y se expande

Típicamente, fisuración en forma de “mapeo”

Durabilidad RAS

¿Cómo lo prevenimos? • Metodología de análisis previa, más:

Medidas prescriptivas, y/o

Medidas prestacionales

Durabilidad RAS – Medidas preventivas

Prescriptivas Prestacionales (con evaluación previa documentada)

1. Cemento RRAA, s/ IRAM 50001

2. Limitar contenido de álcalis en el hormigón

según el nivel de prevención que corresponda

3. Cemento de uso general (s/ IRAM 50000)

que contenga AMA en cantidad adecuada

(tablas)

4. Hormigón que AMAs en cantidades que sean

conformes con la IRAM 50000 y con los

mínimos de tablas para prevenir RAS

5. Para el caso E (++severo), usar AMAs y

hormigón con bajo contenido de álcalis

1. Cemento que cumpla la IRAM 50000 o IRAM

5000+50002 que haya demostrado

comportamiento satisfactorio con los

agregados en evaluación (experiencia previa

docum)

2. Cemento + AMA que hayan demostrado

tener un comportamiento efectivo para

prevenir la RAS

3. Usar inhibidores químicos

4. Cambiar el agregado, parcial o totalmente,

por otro agregado no reactivo

Evaluación de la efectividad inhibidora: con IRAM 1700

(<0,040% a 104 semanas –para los casos 1 a 3-, a 52 semanas para

el caso 4)), o con IRAM 1674 (<0,10% a 16 d)

Durabilidad RAS – Método del prisma de hormigón (IRAM 1700)

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52

de larg

Edad [semanas]

Durabilidad RAS – Evaluación de reactividad alcalina potencial.

Ejemplo gráfico

No reactivo

Moderadamente

reactivo

Altamente

reactivo

0,040%

0,120%

Método tradicional IRAM 1700

Durabilidad RAS – Análisis de medidas según IRAM 1531

1. Grado de

reactividad del agregado

2. Definir la categoría

de la estructura

0. Análisis del agregado

Durabilidad RAS – Análisis de medidas según IRAM 1531

3. Nivel de riesgo

4. Nivel de

prevención a

adoptar

5. Contenido

mínimo de AMAs en

el cemento, para

prevenir RAS

Durabilidad RAS – Evaluación de reactividad alcalina residual

(FHWA)

• Inmersión de testigos en solución 1N de

hidróxido de sodio (NaOH), a 38 °C

• Mediciones: 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20,

24, 30, 36, 44 y 52 semanas

• Límite: 0,040% luego de 1 año

• No es normativo en Argentina

Durabilidad Corrosión de armaduras y pasadores

¿Qué sucede?

• El acero (Fe metálico) se “oxida” y se convierte en

• Disminuye la sección resistente de acero (afecta la

capacidad de transferencia de cargas) y puede

producir fisuración en el hormigón

• El hormigón está normalmente protegido por su alta

alcalinidad (pH ≈ 12,5 - 13), “pasivación”, excepto:

Carbonatación: pH <~9

Contenido de cloruros

Influyen:

• Aporte de oxígeno

• Disponibilidad de agua líquida

• Presencia de electrolito

El volumen de la masa metálica puede incrementarse hasta 700 %

¿Qué sucede? • Sulfatos + agua + aluminatos

• Las soluciones que contienen

sulfatos reaccionan con el CH y

el C3A para formar yeso y

sulfoaluminato de calcio

(etringita) generan cambios

volumétricos (expansiones)

• Hormigón debe estar húmedo

durante períodos prolongados

• Ataque interno o externo

• Se ha demostrado

experimentalmente que sólo

fueron atacados hormigones de

baja calidad (CUC < 300 kg/m3)

y para contenidos de sulfatos >

4.0% del peso de cemento

Durabilidad Ataque por sulfatos

¿Cómo lo prevenimos? • Cementos ARS o MRS (menos aluminatos),

o CPN con adición mineral adecuada (no

cálcicas)

• Relación a / c máxima + CUC mínimo

• Prevenir acceso de sulfatos al hormigón

¿Qué sucede?

• Reacción entre el ácido de ataque y los productos de hidratación del cemento (CH y CSH), formando sales de calcio asociadas a la sustancia que actúa, y deteriorando la pasta cementicia

• La velocidad de daño está controlada por la solubilidad de la sal formada, lo que es incrementalmente más severo cuando existe flujo de agua

• Ejemplos del ataque: ácidos orgánicos, efluentes industriales o del agro, entre otros

¿Cómo lo prevenimos?

• Analizar el contaminante, el pH de la solución, y si existe la circulación de agua

• La adición de adiciones tales como puzolanas y escorias, disminuyen la provisión de CH y la porosidad

• La permeabilidad es menos importante en el caso de ataque por ácidos

Durabilidad Deterioro por ataque químico

Durabilidad Consideraciones generales

MEDIDAS

• Reducción de la permeabilidad

• Relación a/c

• Compactación

• CUC

• Uso de Adiciones Minerales

• Sistema de poros apropiado; AII

• Curado eficiente

• Uso de cementos con props especiales

• Protección a exposiciones agresivas

• Elección de los materiales adecuados

¿Un hormigón más resistente es un

hormigón más durable?

DURABILIDAD

¿Un hormigón menos poroso es un

hormigón más durable?

Diseño de mezclas con

aplicación a pavimentos

HORMIGÓN

Diseño de mezclas de hormigón Objetivos

• Satisfacer requerimientos de trabajabilidad, resistencia, durabilidad y

estabilidad dimensional

• Economía global

• Uso de materiales disponibles localmente (si son aptos)

• Alcanzar óptimos en el aprovechamiento de cada recurso

• Satisfacer condiciones limitantes: equipamiento a utilizar, proyecto por

ejecutar, condiciones de exposición, plazo de ingreso en servicio

• Premisa: Durabilidad + Resistencia

Gráfico mezclas

Ábaco 1

Ábaco 2

Planilla

• Selección de la resistencia de diseño

• Elección del asentamiento objetivo (medida de la consistencia)

• Elección del cemento a emplear

• Contemplar la incorporación de aire

• Distribución granulométrica de los agregados:

- Seleccionar curva apropiada

- Cálculo del módulo de finura

• Estimación de la cantidad de agua necesaria

• Selección de la relación agua / cemento

-Resistencia

-Durabilidad

• Cálculo del contenido unitario de cemento (CUC)

• Determinación de las cantidades de agregados por diferencia a 1000 litros de los

volúmenes de agua, cemento , y aire

• Proporcionamiento de los agregados según la curva adoptada

• Expresar la dosificación en estado sss (o seco), para 1 m3 de hormigón

Mezclas ejemplo

Diseño de mezclas de hormigón Secuencia de diseño racional de mezclas

Tener en cuenta el ajuste por %H de los agregados

• Diseño del pavimento Módulo Resistente a flexión (MR)

• Diseño de la mezcla de hormigón Resistencia a la compresión media (potencial, en probetas cilíndricas) (f ’cm)

• Especificación del hormigón Resistencia característica (p.e. H30)

Diseño de mezclas de hormigón Resistencia de diseño

Según PCA:

MR = k (f ’cm)0,5 K = 0,7 canto rodado

K= 0,8 piedra partida f ’cm = ( MR / k )2

Los métodos de diseño de

mezclas están desarrollados en

base a valores de resistencia a la

compresión, y no de tracción por

flexión

Usamos correlaciones entre ambas, en

base a:

• Relaciones prácticas (p.e. PCA)

• Antecedentes documentados para

iguales condiciones

Luego, ajustar con pastones de prueba

y en escala de producción

Dosificación de mezclas de hormigón Resistencia de diseño

• Estimación de la resistencia de diseño

‘Sn’ conocido

El mayor valor entre los resultantes para cada MODO de producción

MODO 1 (CIRSOC) f'cm = f'ck + 1,34.Sn

f'cm = f'ck + 2,33.Sn – 3,5 MPa

MODO 2 (CIRSOC) f'cm = (f'ck + 5 MPa) + 1,34.Sn

f ’cm = f ’ck + 2,33.Sn

Resistencia especificada

(f ’ck) [MPa]

Resistencia de diseño de

la mezcla (f ’cm) [MPa]

< 20 f ’ck + 7,0

20 - 35 f ’ck + 8,5

> 35 f ’ck + 10,0

‘Sn’ desconocido

Estimar según tabla

Dosificación de mezclas de hormigón Resistencia de diseño

• Diseño de una mezcla para una edad distinta a 28 d: estimación a/c

Edad ≠ 28 días

Se debe conocer la relación de

resistencias entre 28 d y la edad

propuesta

Ejemplo: Diseño a 7 días

Si fćm= 35 MPa a la edad de 7 días y fćr.7días/fćr.28 días = 80 %, entonces

Relación a/c para f´cm = 35 MPa / 0,80 = 44 MPa

Edad [días]

Resistencia a la compresión = f (Edad)

4 7 14 28 56

Dosificación de mezclas de hormigón Bases para el diseño

• Cemento según IRAM 50000 y/o 50001; para TAR, IRAM 50002

• Agua según IRAM 1601 (T < 85 °C)

• Aditivos, según IRAM 1663. Verificar dosis adecuada teniendo en cuenta las

características de los materiales, el desempeño objetivo y las dosis sugeridas por el

fabricante. Usualmente,

Reductores de agua: generalmente, de bajo rango (a lo sumo, polifuncionales); se los

adiciona durante el ciclo de amasado tradicional, o en la mezcla ya elaborada, con

mezclado final

Aditivo Modificadores del tiempo de fragüe y endurecimiento: se adicionan con

la mezcla ya elaborada, y requieren de un amasado final del conjunto.

Incorporador de aire: en TAR, usualmente hasta 3-4 % (por condiciones tecnológicas

y/o C-D); si se prevé C-D, obligatorio

Diseño de mezclas de hormigón Bases para el diseño

• Consistencia (asentamiento) objetivo

-Para colocación con molde fijo: 7 a 10 cm (Caso pavimentos urbanos)

-Para colocación con encofrado deslizante: 2 a 4 cm (Caso TAR)

• Influencia del tipo de agregado

Piedra Partida Incremento de la resistencia en ~20% respecto a canto rodado

(Contribuye tanto a edad prolongada como edad temprana)

Cantidad de aire a incorporar

en función al TM

(CIRSOC 201 - Durabilidad)

En TAR: ~ 4-6 %

- Al menos, 3 fracciones granulométricas distintas (usualmente, 4)

- Cantos rodados silíceos: uso combinado con otros agregados (para bajar CET)

- Mayor TM posible (< 38 mm)

- Aptitud según IRAM 1512 e IRAM 1531

- Densidad relativa aparente, para dosificación y definir volúmenes; granulometría, para ajustar

Diseño de mezclas de hormigón Esqueleto granular

Monogranular Pobre graduación Bien graduado

Granulometría Economía

Forma y textura Trabajabilidad

Estabilidad Menor

tendencia a

la fisuración

Diseño de mezclas de hormigón Agregados

Ejemplo: Volumen de agregado

grueso por unidad de volumen de

hormigón en función del Tamaño

Máximo y el Módulo de Finura

Determinación de las proporciones

óptimas:

-Según normas o desempeño

previo comprobado

-Ábacos

-Criterios de máxima compacidad

Mezcla agregados

100% AF 80% AF 60% AF 40% AF 20% AF 0% AF 0% AG 20% AG 40% AG 60% AG 80% AG 100% AG

Ejemplo: criterio máxima compacidad

+ Ajustes

No siempre máxima compacidad es aplicable, teniendo

en cuenta las condiciones de trabajabilidad requeridas

Diseño de mezclas de hormigón Granulometría

Ajuste granulométrico Vvacíos ≈ 20%

Taylor

Menor trabajabilidad, induce a

segregación y asentamiento de

bordes

Dificultades en

la terminación

superficial por

uso de arenas

de trituración

Trabajabilidad

24-34% de arena fina (#30-#200)

ial (%

“Tarántula”

Densidad óptima

para la

trabajabilidad

adecuada y

necesaria

(Máxima

compacidad puede

afectar la

trabajabilidad)

• Uniformidad de los agregados durante toda la etapa de producción del

hormigón de calzada

• Contar con dos fracciones de grueso, al menos una constituida por partículas con

2 o más caras rugosas (trituradas)

• No es conveniente el empleo de tamaños máximos superiores a los 38 mm

(37,5 mm)

• No es esencial encuadrarse dentro de los límites de la IRAM 1627

• Evaluar su aptitud por condiciones de durabilidad con suficiente

anticipación

Diseño de mezclas de hormigón Agregados. Recomendaciones

Diseño de mezclas de hormigón Ábacos del Método ICPA

• Hormigones convencionales y de peso normal

• Ábacos para agregados de peso normal, de tipo canto rodado, sin aditivos

Diseño de mezclas de hormigón Contenido de pasta

Ajuste pasta cementicia

Vpasta ≈ 175%. Vvacíos

Taylor

a la c

Volumen de pasta / volumen de vacíos (%)

Por debajo de 150% de Vvacíos, la inclusión de reductores de agua

no ofrecen mejoras en la consistencia obtenida

• Todo método racional entrega una dosificación teórica. Hay que verificarla y,

eventualmente, ajustarla con pastones de prueba.

• Verificar la dosis de uso de los aditivos utilizados y la oportunidad de

incorporación, previniendo efectos indeseados

• Trazar la curva de evolución de resistencia para el conjunto de materiales

utilizados

• Generalmente, la dosificación debe ser sometida a consideración por la Inspección

con la debida anticipación.

• Todo diseño requiere de pruebas en escala de laboratorio y en producción

Diseño de mezclas de hormigón Verificación y ajuste

Cemento

Piedra 6-20

Piedra 20-38

Plastificante

350 t/día

150 m3/día

650 t/día

550 t/día

700 t/día

1400 kg/día

140 kg/día

350 kg

650 kg

550 kg

700 kg

1,14 kg

0,114 kg

Componente Fórmula

Consumo

2000 t

Dosificación de mezclas de hormigón Consumos estimados para 125 m3/h

Ejemplo:

Caso TAR

• Producción continua, y de grandes volúmenes

• Alto consumo de materiales

• Se transporta en camiones volcadores

• Encofrados deslizantes

Clave!! Uniformidad en las

Propiedades de la mezcla y en

la velocidad de colocación

RESUMEN FINAL

Puntos clave

• Conocer con qué materiales estamos trabajando, interpretar qué

parámetros de control son relevantes, y definir condiciones de uso

según necesidad y documentación del proyecto

• Seleccionar y dosificar los materiales para una mejor relación costo-

beneficio

• Tener en cuenta las condiciones de trabajo, las necesidades del

proyecto, las tecnologías constructivas a emplear, y la envergadura de

la obra

• Considerar tanto las propiedades durables tanto como resistentes del

hormigón. No siempre un hormigón más resistente es más durable, ni

tampoco más resistente es necesario ni conveniente.

Puntos clave

Consultas??

• Estudiar, con precaución, qué condiciones favorecen los cambios de

volumen en el hormigón (a edad temprana o larga edad) , y qué factores

pueden conducir a su fisuración.

• Tener en consideración resultados de campo en experiencias

anteriores, en especial en lo que respecta al desempeño de materiales y

la durabilidad

• Rol sustentable del pavimento de hormigón

San Martín 1137 | 1°Piso | Ciudad Autónoma de Buenos Aires | Argentina

Teléfono: (+54 11) 4576 7695 / 7690 | www.icpa.org.ar | matias.polzinetti@icpa.org.ar

Salta, 13 de Agosto de 2015

Muchas gracias!!

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